Авиация и космонавтика 2006 11

При выборе формы и размерности аппарата пришлось учитывать следующие требования:

– температура внешних поверхностей самолета не должна превышать 1400 градусов С, т.к. эта температура являлась предельно-допустимой для единственного отработанного в то время конструкционного тугоплавкого материала;

– температурные поля на основных поверхностях самолета должны были быть возможно более равномерными для максимального снижения температурных напряжений;

– самолет должен при спуске с орбиты обладать запасом устойчивости, достаточным для полета на постоянном балансировочном угле атаки в диапазоне 45-65 градусов и минимальном (менее 5 градусов) угле скольжения, т.к. отклонения от этого диапазона углов атаки в большую или меньшую сторону и наличие углов скольжения (более 5 градусов) приводит к возрастанию температуры поверхности и увеличению градиентов температуры;

посадка орбитального самолета не должно была отличаться от нормальной посадки современного самолета;

– полезный объем самолета должен был быть возможно большим при минимальной омываемой площади его поверхности;

– габариты самолета должны были обеспечивать запуск аппарата с помощью ракеты-носителя «Союз» без ее доработки.

В результате получился летательный аппарат длиной 8 м и шириной плоского фюзеляжа в зоне крепления киля 4 м, выполненный по схеме «несущий корпус» и имеющий сильно затупленную оперенную треугольную форму в плане со стреловидностью 74 градуса.

Выбор большой стреловидности корпуса обеспечивает равномерные температурные поля на нижней части. Ограничения, накладываемые условиями старта на РН «Союз», определили и площадь плановой проекции самолета – 24 м 2 .

Выбор облика орбитального самолета «Спираль» производился не совсем на пустом месте. Необходимо отметить, что при выборе компоновки и алгоритмов управления орбитального самолета «Спираль» наши конструкторы внимательно следили за американскими работами над исследовательскими беспилотными аппаратами ASV и AEV (6 успешных запусков на суборбитальные траектории с помощью баллистической РН «Тор» в период 1963-1965 годов), создававшимися в рамках программы ASSET. Аппараты имели форму полуконуса с треугольным крылом и испытывались на скоростях, близких к первой космической.

Кстати, в рамках программы «ASSET 5» 8 декабря 1964 г. состоялся первый запуск масштабной модели ракетно-космического самолета «Дайна Сор». В этот день с мыса Канаверал был осуществлен пуск модели летательного аппарата по суборбитальной траектории с помощью баллистической ракеты «Тор». Цель пуска по суборбитальной траектории – изучение аэродинамического обтекания самолета при движении в верхних слоях атмосферы. Максимальная высота подъема макета составила 53 км.

Целью программы ASSET было исследование аэротермодинамических характеристик, прочности и упругости конструкции. Дальнейшим продолжением работ стала программа START, предусматривавшая исследование вопросов входа в плотные слои атмосферы космических аппаратов, использующих подъемную силу. В рамках программы START исследования проводились по двум направлениям:

– запуск беспилотных аппаратов SV-5D (подпрограмма PRJME), в период с 21 сентября 1966 по 19 апреля 1967 г. выполнено три запуска ракетой-носителем «Атлас» с авиабазы ВВС Ванденберг в Калифорнии. Достигнута максимальная высота полета 152,4 км и скорость 7,37 км/ сек.

Первые два аппарата при входе в плотные слои атмосферы разрушились, третий аппарат вернулся благополучно;

– исследование пилотируемых гиперзвуковых летательных аппаратов на малых скоростях полета (подпрограмма PJLOT). Подрограммой PJLOT, а также программой NASA MLBRP предусматривались летные исследования пилотируемых летательных аппаратов с несущим корпусом Х- 24А, Х-24В, M2-F1, M2-F2, HL-10 на дозвуковых и сверхзвуковых режимах полета. Целью испытаний являлось исследование ручного управления, обеспечение устойчивости и управляемости и горизонтальной посадки возвращаемых орбитальных самолетов с низким аэродинамическим качеством.

M2F-I в полете но привязи зо самолетом-буксировщиком, 1964 г.

M2-F2 на ВПП испытательного центра им. Драйдена, 1966 г.

M2F-3 на поверхности высохшего озера Роджерс, авиабаза Эдварде, 1970 г.

HL-10, на поверхности высохшего озера Роджерс, авиабаза Эдварде, 1968 г.

Х-24А, авиабаза Эдварде, 1967 г.

Х-24В, авиабаза Эдварде, 1972 г.

К моменту выпуска в СССР аванпроекта «Спирали» в США уже проводились полеты пилотируемых аппаратов M2-F1 (всего было выполнено 100 полетов за самолетом-буксировщиком с последующей отцепкой на высоте 3600 м), M2-F2 (16 полетов) и HL-10 (24 полета). Разумеется, результаты этих испытаний, включая анализ причин аварии при посадке аппарата M2-F2, были известны в ОКБ Микояна.

Но продолжим рассказ об орбитальном самолете «Спираль»… Носовое затупление выполнено в виде шестидесятиградусного сегмента с радиусом образующей сферы 1,5 м.

На атмосферном участке спуска с орбиты на углах атаки самолета в диапазоне 45-65 градусов сегмент располагается под углом ±10 градусов к потоку. С учетом лучистого теплообмена с менее нагретой верхней обшивкой это обеспечивает максимальную температуру на носовом затуплении 1400 градусов С. Уменьшение влияния колебаний угла атаки на повышение температуры достигается выбором необходимого запаса устойчивости и автоматики, ограничивающих колебания по углам атаки и скольжения в пределах +10 и ±4 градуса соответственно.

Нижняя поверхность самолета выполнена близкой к плоскости с малым радиусом скругления кромок.

Плоская нижняя поверхность и расчетный по температуре диапазон углов атаки на спуске 45-65 градусов обеспечивают получение максимального коэффициента подъемной силы, а, следовательно, минимальную температуру поверхности. Интересная деталь: при расчете максимальных температур поверхности самолета на участке интенсивного торможения в атмосфере при спуске с орбиты не учитывались каталитические свойства поверхности и различия между ламинарным и турбулентным обтеканием набегающего потока – очевидно, по причине отсутствия надежных расчетных методик.